燃气管道法兰接口泄漏修复技术分析

宋新文

泰达长林管道科技（江西）股份有限公司 江西 新余 338004

引言

在燃气管道的连接中多使用法兰，一旦法兰发生泄漏，一方面影响燃气的正常运输，另一方面也带来一定的安全隐患。传统的法兰接口泄漏修复需要停气断管，然后才能更换法兰，不仅影响正常的供气，而且维修费用较高。基于不停气修复技术的燃气管道法兰接口修复技术，近年来发展较为迅速，已经成为主流的燃气管道接口泄漏修复技术之一。该项技术不仅避免了停气断管造成的经济损失，而且具有极高的施工安全性。

1 燃气管道法兰泄露原因与修复难点

燃气管道中安装的阀门、补偿器、聚水井（凝水缸）等配件多数采用法兰连接，故输配运行管网中的法兰接口占有一定比例。

管体或管道接口泄漏的不停气修复技术已渐趋成熟。但对法兰接口的修复却需要停气断管，往往为修复一只法兰接口泄漏而停气一大片。近年来，我们就“不停气修复法兰接口泄漏”课题进行探索和研究取得可喜成果，并已投入应用。

1.1 燃气管道法兰泄露原因

通过广泛的资料收集，认为现阶段我国燃气管道法兰接口泄漏原因主要是，原有的城市燃气管道在法兰接口处多使用“红纸板”，此种连接方式在第一运行压力且燃气中含水量较高的情况下，不容易发生泄漏；但是后期我国城市中天然气成为主要的供气能源，供气压力上升，与此同时气体变得更加干燥，垫片容易发生收缩，由此导致泄露问题。特别应注意的是在冬季气温气候干燥时，管道由于收缩作用，产生一定的轴向应力，加重了法兰处泄露的可能。这也是为什么北方的冬季，城市燃气管道泄漏的多发季节。

1.2 修复难点

燃气管道中的法兰多用于阀门，或补偿器等部位，两侧各放有一片法兰片，一侧是阀门或聚水井配备的法兰，另一侧是标准法兰片。在阀门或聚水井一侧的法兰，厚度和尺寸相差较大给修复造成一定难度。与此同时，为保证不停气状态下的泄漏修复，对于施工的安全性有了更高的要求[1]。

2 燃气管道法兰泄露点分析

进一步分析燃气管道法兰处的泄漏，可以看到主要分为两个部分，其一是法兰片之间的泄漏，另一种是法兰螺栓孔处的泄露。传统的法兰连接处泄漏修复需要停气断管，然后更换法兰，不仅影响了用户的正常用气，同时维修费用较高。

与此同时，日本大阪燃气公司提出了一种“箱式密封”堵漏封堵技术，该技术可依据泄露处法兰尺寸的不同，设计相应的箱体将泄露处的法兰包裹，并在管道降压后，向箱体内注入一定量的密封胶，密封胶多采用环氧密封胶，在密封胶完成固化后恢复供气。这种方法在实践中存在维修成本高，操作环节多，降压停气时间长等弊端，实际推广意义不大。为此本文提出了“管道法兰快速堵漏夹套”技术和“带压密封技术”两项燃气管道法兰接口处泄漏快速修复技术，在部分工程案例中应用得了较好的应用效果，现分析如下。

3 管道法兰快速堵漏夹套应用分析

3.1 堵漏原理

“管道法兰快速堵漏夹套”主要针对法兰片之间的泄露，其堵漏的原理可理解为，在法兰片的间隙处，使用环状O型橡胶圈紧紧包裹，在此基础上使用三片式夹套进行固定和密封，以实现快速堵漏的目的。应注意的是在夹套和夹套之间应增加一个专用垫片，目的在于阻止O型橡胶圈受压外移。在管道法兰快速堵漏夹套安装之后，应使用收紧夹套螺栓，进一步压缩O型橡胶圈，提升泄漏修复和封堵的效果。

另一方面，针对法兰螺栓孔处的气体泄漏，可通过在螺栓两侧分别插入一个特制的橡胶圈，然后旋紧螺帽，压缩橡胶圈，法兰螺栓孔处泄露修复的目的。

3.2 堵漏夹套结构

分析堵漏套的内在结构，首先，本次的堵漏套使用三片式结构。由于水井或阀门处法兰的直径不同，采用三片式的结构，能够保证堵漏效果。三片式堵漏夹套使用铸铁浇铸成120°角，内侧的密封槽使用整体加工，三片合拢后仍保留一定的压紧空隙。其次，分析O型密封圈的材质，本次研究推荐使用氟橡胶进行O型密封圈的加工，该种材质可广泛应用于液化天然气和城市燃气的管道运输中，理论使用寿命为50年。最后，分析夹套尺寸的设计，O型橡胶圈最佳的压缩比为25%～30%之间。

3.3 法兰螺栓孔堵漏结构研究

法兰螺栓孔处的泄漏属于二类泄漏点，主要的堵漏技术是调换新的螺栓，同时增加与新换螺栓相匹配的橡胶密封垫，橡胶密封垫同样推荐使用氟橡胶。

该技术可承受1MPa的压力，材料造价较低，操作流程简便，以直径为300mm的法兰修复为例，理论上可在两小时以内完成补漏修复作业，提供了一种燃气管道快速泄漏修复技术[2]。

4 带压密封技术在管道法兰泄露中的应用

4.1 技术原理

注剂式带压密封技术是泄漏管道及设备在带压条件下，在泄漏部位建立一个密闭空腔，用高压注射枪将能耐泄漏介质腐蚀和温度的密封剂注入并充满整个空腔，使其具有足够密封比压，以堵塞泄漏孔腔和通道，并保证足够长时间保持泄漏消除的密封技术。注剂式带压密封工程施工器具由液压油泵(手动/电动)、压力表、高压胶管、注剂枪、快装接头、特制夹具及其他辅助工具组成。

4.2 夹具结构分析

在泄漏修复中，由泄露部位的外表面和夹具共同构构成了一个密闭空间，对于堵漏的密闭间隙有着严格的要求，为此注剂的选择和密封技术的应用是泄露修复成败的关键，在此基础上，开展科学合理的夹具设计是影响修复技术应用的主要因素。本技术使用的夹具主要部分包括端板、耳板和母板，三部分焊接而成，注剂孔在母板上，主要用于连接注剂阀，在泄露修复时，通过注剂阀向密闭空间内注入密封剂，实现堵漏的目的。

用于夹具加工的金属材料应满足一定的刚度和强度要求，避免在使用时出现塑性变形。按照注剂空腔最优设计的要求，应使用最少的密封剂完成空间的有效密封。在此基础上，为保证密封效果，建议夹具上下两部分设计成凸台形式，法兰副连接螺栓的个数决定了法兰夹具注剂孔的个数。

钢质天然气管道带压密封堵漏常用夹具材料为Q235，高温或强腐蚀介质选用OCr18Ni9，低温用16MnDR或OCr18Ni9。

考虑到泄露位置法兰结构的不同，为了在有限的空间内完成泄漏修复工程，设计了两种不同的夹具，一种是注剂方向与管道垂直的夹具，另一种是注剂方向与管道平行，侧面进行注剂的夹具。

4.3 布孔设计及注剂选择

在确定密封方式之前，应对泄漏的现场进行勘测，需要勘测的数据包括弯管的半径，泄露面积，泄露段的直径，泄漏燃气的温度，管道中燃气压力和泄漏物质的化学性质等。

注剂孔分布的理想状况是沿着夹具的空腔呈轴向对称分布，但是在实际工程的操作中，经常出现靠近耳板的注剂孔在注剂过程中与连接螺栓或者耳板产生空间干涉，这就要求沿着耳板的方向进行环向移动。为保证密封的效果，移动距离越小越好，越小的移动距离可以保证更高的注剂填充效率。移动距离应在综合分析耳板厚度、注剂阀尺寸和螺母规格的基础上，并根据施工现场的实际情况进行校准。

注剂的选择应依据泄露材质的温度，泄露压力和泄漏介质的化学性质确定，结合多次工程实践，认为最佳的注剂尺寸应为L=60-100mm，D=18-24mm。与此同时，要求注剂能够耐受一定低温环境，并且不与燃气发生任何反应。

分析注剂顺序与注剂压力可知，①对于单点泄露，应从距离泄漏点最远的位置开始注射，②对于多点泄露或者泄露位处尺寸较大，可从泄露两侧同时注入，③从第2个注入点开始，需要在泄漏位置的两侧进行交叉注入作业，最后才能对主泄漏点进行注入。注剂压力的确定与其自身的流动性能有关，与堵漏效果并无直接联系，通常情况下，在较大注入压力条件下经常出现注剂还未填满整个空间，但是已经从其他的入口泄露，这会给操作人员造成密闭空间已经完全充满着假象，影响施工质量。由此看来，注剂压力不应过大，对于流动性质较差的注剂可适当提升注入压力，或者进行预热以提高流动性能。在此基础上，只需使用较小的注剂压力，就可满足泄漏修复工程的要求。最后注剂压力的确定还应考虑燃气管道内部压力和管材的最大耐压等级。

4.4 注意事项

（1）由于燃气具有一定的危险性，现场泄漏修复人员应穿戴防护用品，并从泄露点的上风方向靠近，同时在施工现场周围预先布置灭火器等消防设备和应急处置设施。

（2）操作人员在注入注剂时，应在注剂枪的旁侧完成操作，同时在添加密封剂和装卸注剂枪时，应首先关闭注剂阀。

（3）在注剂枪施压过程中，应保持平稳匀速，协调密封注剂的固化时间和推进速度，避免非必要的超压操作。

（4）在完成密封注剂输入之后，可进行补注压紧作业，避免应力松弛造成间隙，堵漏操作后，可就近使用肥皂水或天然气泄漏检测装置检测泄露修复效果。

5 结束语

燃气作为一种清洁能源，在我国能源结构中的占比逐年提升，与此同时，我国燃气管道的建设规模和运营里程逐年提升，为用户提供了便捷的燃气服务。针对燃气管道法兰接口处容易出现的泄漏问题，本文提出的“管道法兰快速堵漏夹套”技术和“带压密封技术”两项不停气，快速泄漏，修复技术具有稳定的修复能力，体现出了非常好的经济效益和推广价值。